Schéma du dispositif expérimental. Une impulsion modulée provenant de la source laser se divise en une impulsion de signal et une impulsion de référence. L'impulsion de signal se transforme en une impulsion de vortex spatio-temporel (STOV) après un formateur d'impulsions 2D. Le vortex spatio-temporel est étiré le long de la ligne de vortex et est ensuite converti en un vortex toroïdal grâce à un système de cartographie conforme afocale. Le vortex toroïdal est caractérisé par une interférence avec l'impulsion de référence déchirpée. Crédit :Nature Photonics (2022). DOI :10.1038/s41566-022-01013-y
Une équipe de chercheurs de l'Université de Shanghai pour la science et la technologie et de l'Université de Dayton a mis au point un moyen de plier la lumière dans un anneau vortex à l'aide de miroirs, de lasers et de lentilles. Dans leur étude, publiée dans la revue Nature Photonics, le groupe s'est appuyé sur les travaux effectués par d'autres équipes dans lesquelles des anneaux de vortex ont été observés de manière fortuite, puis a conçu mathématiquement un système capable de les générer à la demande.
En 2016, une autre équipe de chercheurs a découvert que dans les bonnes circonstances, de fortes impulsions lumineuses tourbillonnant autour d'une impulsion centrale en forme de tuyau pouvaient parfois se transformer en un vortex en forme de beignet. Intrigués par la découverte, les chercheurs de ce nouvel effort ont commencé à se demander s'il serait possible de créer de tels anneaux de vortex à la demande.
Ils ont commencé par étudier les propriétés et les conditions qui avaient conduit aux formations observées par l'équipe en 2016 et ont appliqué les mathématiques au problème. Ils ont trouvé des solutions qui semblaient montrer comment de tels anneaux pouvaient être créés - les solutions aux équations de Maxwell, en particulier, ont-ils trouvé, pourraient être utilisées pour générer le type de mappage conforme requis.
Les chercheurs ont rassemblé une combinaison de matériaux qui conduirait à une mise en œuvre réelle de leurs solutions mathématiques. Ils ont commencé par modifier un laser standard pour générer un type spécifique d'impulsion. Ils ont ajouté des miroirs, des lentilles, des réseaux et des types spéciaux d'écrans à cristaux liquides pour le passage des impulsions. Chacune des pièces impactait la lumière d'une manière spécifique.
Les chercheurs notent que le système a d'abord changé les impulsions de lumière en une forme longue et étroite, ce qui a donné aux autres parties de la lumière quelque chose à tourbillonner. Après que l'autre lumière ait traversé le système, la lumière tourbillonnante s'est jointe, comme les vents dans une tornade, formant un anneau.
Les chercheurs prévoient de poursuivre leurs travaux, dans l'espoir de savoir si d'autres formes de vortex peuvent être créées. Ils notent que leur travail pourrait fournir des plans à d'autres qui cherchent à mieux comprendre la formation de tourbillons toroïdaux qui se forment naturellement.
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